現(xiàn)代海洋測繪中GPS的應(yīng)用

于大鵬　徐成業(yè)

摘 要：海洋是一個國家的重要組成部分，自新世紀(jì)以來，我國在海洋資源勘探、開采以及測繪方面都投入了大量的人力物力，其中海洋測繪在我國的民用和軍用方面都極為重要的作用，隨著我國科學(xué)技術(shù)的進步，大量先進的技術(shù)應(yīng)用于海洋測繪方面，其中GPS技術(shù)在海洋水深測量與精密定位方面發(fā)揮了重要的作用。文章將就GPS技術(shù)在海洋測繪中的應(yīng)用進行介紹。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；海洋測繪；精密定位；水深測量

前言

我國海洋面積廣闊，做好海洋的測繪工作有著深遠的意義。在以往的海洋測繪中，通常使用羅盤定位與六分儀、測深桿、測深繩、測深鉛魚等方法進行測量，這些方法耗時耗力不說且測量精度并不高，測量出來的數(shù)據(jù)只能用作粗略的了解，無法得出高精度的數(shù)據(jù)。隨著科技的發(fā)展，大量新技術(shù)應(yīng)用于海洋測繪工作中，在測深方面，側(cè)掃聲吶和多波束測深系統(tǒng)，海洋遙感測深等技術(shù)可以得出精確的數(shù)據(jù)，應(yīng)用衛(wèi)星測高技術(shù)對海洋大地水準(zhǔn)面、重力異常、海洋環(huán)流、海洋潮汐等問題進行了比較詳細的探測?，F(xiàn)今，GPS技術(shù)在海洋精密定位和水深測量中得到了廣泛的使用，使海洋測繪從測量航海要素為主，發(fā)展到測量各種專題要素的信息和建立海底地形模型的全部信息，使海洋測繪向著更高效、高精度的方向發(fā)展。

1 海洋測繪簡介

海洋測繪是指測量海洋底部的地球物理場的性質(zhì)及其變化特征，繪制成不同比例尺的海圖和專題海圖，是對海洋水體和海底為對象所進行的測量和海圖編制工作。主要包括海道測量、海洋大地測量、海底地形測量、海洋專題測量，以及航海圖、海底地形圖、各種海洋專題圖和海洋圖集等的編制。

海洋測繪的方法主要包括海洋地震測量、海洋重力測量、海洋磁力測量、海底熱流測量、海洋電法測量和海洋放射性測量。因海洋水體存在，須用海洋調(diào)查船和專門的測量儀器進行快速的連續(xù)觀測，一船多用，綜合考察?；緶y量方式包括：（1）路線測量。即剖面測量。了解海區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造和地球物理場基本特征。（2）面積測量。按任務(wù)定的成圖比例尺，布置一定距離的測線網(wǎng)。比例尺越大，測網(wǎng)密度愈密。在海洋調(diào)查中，廣泛采用無線電定位系統(tǒng)和GPS技術(shù)。

2 GPS技術(shù)在海洋測繪中的應(yīng)用

GPS又稱為全球定位系統(tǒng)，是美國研制的具有海、陸、空全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。GPS是由空間星座、地面控制和用戶設(shè)備等三部分構(gòu)成的。GPS測量技術(shù)能夠快速、高效、準(zhǔn)確地提供點、線、面要素的精確三維坐標(biāo)以及其他相關(guān)信息，具有全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點。

2.1 GPS技術(shù)在海洋測繪中精確定位中的應(yīng)用

現(xiàn)今，在我國沿海范圍已經(jīng)開始使用無線電指向標(biāo)-差分全球定位系統(tǒng)（RBN/DGPS），這一系統(tǒng)能夠在300公里范圍內(nèi)進行偏差不超過5米的精確定位，能夠滿足現(xiàn)今條件下的沿岸海道的測量大比例尺繪圖過程中導(dǎo)航與定位的要求，就其定位性而言，一般情況下的海洋測繪是足夠的，但是仍然無法滿足高精度測量的需求。但是使用GPS-PPK技術(shù)則不會存在這些問題，GPS-PPK技術(shù)能夠保證高精度的測量，同時在使用的過程中，不必使數(shù)據(jù)鏈進行實時通訊。在對海洋進行精密測繪時需要從經(jīng)費預(yù)算、海洋測量精度、導(dǎo)航實時性的需求等多方面進行綜合考慮的情況下，將RBN/DGPS和GPS-PPK技術(shù)兩者的優(yōu)點進行結(jié)合而得出的技術(shù)方案能夠良好的實現(xiàn)以上考慮。當(dāng)使用RBN/DGPS和GPS-PPK技術(shù)相結(jié)合的方案時，其主要工作方式如下：首先使用RBN/DGPS系統(tǒng)進行先期的定位精度的檢測，使之能夠收到定位誤差在3米之內(nèi)的先期數(shù)據(jù)，而后通過使用雙頻載波對其載波的相位數(shù)據(jù)進行相互比對，從而可以得出更為精確的定位數(shù)據(jù)。

2.2 GPS技術(shù)在海洋測繪的水深測量中的相關(guān)應(yīng)用

現(xiàn)今，我國在海洋測繪中的水深測量中多使用多波束的水深測量系統(tǒng)。相較于我國原先使用的單波束系統(tǒng)的測量系統(tǒng)，多波束水深測量系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的水源深度直接測得相應(yīng)的深度數(shù)據(jù)，同時還能夠在垂直方向直接進行測量從而得到數(shù)據(jù)，這些都是單波束水深測量系統(tǒng)所無法達到的，所以，在使用多波束水深測量系統(tǒng)時能夠很方便且準(zhǔn)確的對相對寬度范圍中的兩側(cè)多點的水源深度進行測量，從而得出清晰的海底地形地貌圖。在海洋測繪過程中，多波束水深測量系統(tǒng)結(jié)合GPS技術(shù)就能夠精確、高效的完成對于海底地形地貌的測量和繪制。

2.3 GPS與數(shù)字測深儀在海洋測繪中的實際使用

2.3.1 GPS在水深測量中的應(yīng)用

海洋測繪中的水深測量是指使用搭載在測量船上的測量系統(tǒng)對海洋進行水深測量從而得出的數(shù)據(jù)，測量系統(tǒng)主要是由專門的測量軟件和電腦、GPS接收裝置、多波束水深測量儀等組成。下面對海洋測繪的整個測繪流程進行介紹：（1）前期準(zhǔn)備工作，在這一階段，測量人員需要對以下幾個方面引起注意：其一，在架設(shè)GPS-RTK基準(zhǔn)站時，需要將其設(shè)置在需要測量的區(qū)域的中心區(qū)域，且需要處在周圍地勢較高周圍沒有明顯的遮擋物的地方。其二，通過使用北京54或西安80坐標(biāo)為基準(zhǔn)換算需要的坐標(biāo)。其三，通過對已測量數(shù)據(jù)的重新加密，從而重新設(shè)定原有的測量斷面，對需要測量的水深作業(yè)線進行初步的布設(shè)。（2）當(dāng)開始進行數(shù)據(jù)收集時，需要校驗數(shù)據(jù)參數(shù)的正確性，避免因為參數(shù)錯誤等引起的基站定位誤差，當(dāng)海洋測繪中的測深設(shè)備連接正常后，需要對測量儀器與更正天線的偏差、接受裝置的數(shù)據(jù)格式、定位儀的接口和測深儀配置等進行校準(zhǔn)，并經(jīng)檢驗正常后方可繼續(xù)進行工作。（3）當(dāng)完成數(shù)據(jù)收集進入數(shù)據(jù)處理階段時，需要通過專業(yè)的軟件完成數(shù)據(jù)處理工作，通過對測量得到的海洋深度的數(shù)據(jù)進行處理，得出海洋測繪的系統(tǒng)化的分析報告，并以文檔的形式進行保存。

2.3.2 GPS-RTK在測量海洋深度時的注意事項

GPS-RTK對水深的定位是通過對當(dāng)前設(shè)定的或者是所要求的坐標(biāo)系進行的，因此在使用的過程中需要首先進行參數(shù)的計算求解，建立在同一個坐標(biāo)系下，而后才能進行分析對比，因此，在對基站架設(shè)位置的選擇時要特別注意建立在地勢較高的中心區(qū)域，而后通過對測量得到的定位數(shù)據(jù)對比已知的坐標(biāo)點的實際數(shù)據(jù)，通過專用軟件的分析計算得出測量區(qū)域內(nèi)的坐標(biāo)系數(shù)。

3 GPS應(yīng)用于海洋測繪時引起的誤差來源分析

當(dāng)使用無驗潮的方法來進行海洋測繪時，由于海面波浪的影響，船體的擺動、RTK的高程可靠性、采樣速率、同步時差等都會對測量數(shù)據(jù)造成一定的影響，而且這些因素引起的海洋深度的測量誤差要遠遠大于RTK定位所產(chǎn)生的誤差。

針對以上引起測量誤差的因素，可以通過一定的方式進行修正，從而保證測量數(shù)據(jù)的精確度，對于由于船體擺動而引起的誤差，可以通過使用電磁式的姿態(tài)儀對船的姿態(tài)進行修正，這種修正包括位置和高程兩方面的修正。同時通過姿態(tài)儀也可以對船在行駛過程中的橫向和縱向等進行調(diào)整，以上這些都是通過專用軟件進行分析控制的，此外，對于船體動態(tài)的吃水?dāng)?shù)據(jù)而言，在進行更正時可以依據(jù)其靜態(tài)吃水和探測船的自重下沉以及顛簸程度的總和取平均值，進而滿足探測時的誤差修正。

4 結(jié)束語

海洋測繪是我們認(rèn)知海洋重要的一步，新技術(shù)在海洋測繪方面的應(yīng)用能夠更好的提高測繪的精度，GPS技術(shù)由于其自身卓越的性能和巨大的優(yōu)勢在海洋測繪方面有著廣闊的前景，應(yīng)該加快對于GPS在海洋測繪方面的研究，使其不僅能夠在海洋測繪方面發(fā)揮作用，更能夠在內(nèi)陸的水域與近海海洋的測繪中發(fā)揮重要作用。

參考文獻

[1]趙建虎.現(xiàn)代海洋測繪[M].武漢大學(xué)出版社，2008（1）.